Эффект, известный как «разбавление диссипации», использовался для создания механических систем для квантовых технологий, где сконструированные натянутые наноструны толщиной всего в несколько десятков атомных слоев колеблются более десяти миллиардов раз после всего одного прикосновения. Эквивалентом на гитаре будет аккорд, который можно услышать примерно через год после того, как его взяли.
Команда ученых под руководством профессора Тобиаса Дж. Киппенберга сделали простое наблюдение кварцевых генераторов, которые повсеместно используются в электронных системах и, как известно, испытывают очень небольшие механические потери энергии при низких температурах.
Ученые установили, что если кристаллический материал наноразмерной толщины растягивается при высоком напряжении и сохраняет атомный порядок, то он может стать хорошим кандидатом на создание струн с долгоживущими акустическими колебаниями.
«Мы выбрали натянутые кремниевые пленки, потому что это признанная технология в электронной промышленности, где они используются для улучшения характеристик транзисторов. Таким образом, натянутые кремниевые пленки чрезвычайно малой толщины, около 10 нанометров, коммерчески доступны», — рассказал автор исследования, доктор Нильс Энгельсен.
По его словам, огромная проблема заключается в том, что наноструны должны обладать экстремальными соотношениями сторон. В исследовании ученых, наномеханические устройства имели толщину 12 нанометров и длину до 6 миллиметров. Если бы такая наноструна была построена вертикально, с диаметром основания, равным диаметру башни Бурдж-Халифа, ее конец превысил бы среднюю околоземную орбиту, на которой спутники GPS вращаются вокруг Земли.
«Эти структуры становятся хрупкими и восприимчивыми к крошечным колебаниям на последних этапах их микрообработки. Нам пришлось полностью пересмотреть наш производственный протокол, чтобы иметь возможность приостановить их работу без катастрофического краха», — объяснил исследователь Альберто Беккари.
Напряженные кремниевые наноструны особенно подходят для квантово-механических экспериментов, где их низкая скорость диссипации обеспечивает превосходную изоляцию от нарушений окружающей среды, позволяя формировать квантовые состояния высокой чистоты.
«Давняя задача фундаментальной физики состоит в том, чтобы изучить и расширить масштабы размеров и масс объектов, демонстрирующих квантово-механическое поведение, до того, как постоянно увеличивающиеся случайные “толчки” и колебания горячей и шумной среды заставят их вести себя в соответствии с законами. законы ньютоновской механики», — добавил Беккари.
По его словам, квантово-механические эффекты уже наблюдались с механическими резонаторами того же размера и массы при температурах, близких к абсолютному нулю.
«Кроме того, эти наноструны можно использовать в качестве прецизионных датчиков силы, поскольку они подвержены всевозможным взаимодействиям — например, мизерному радиационному давлению световых лучей, слабому взаимодействию с частицами темной материи и магнитным полям, создаваемым субатомными частицами». — подытожил Беккари.
Читать далее
Самое большое генеалогическое древо человечества показало историю нашего вида
Физики воссоздали способности Т-1000 из «Терминатора-2» в лаборатории
Ученые, возможно, нашли недостающее звено между одноклеточными и клетками человека